Как собрать блок питания с регуляторами своими руками

Делаем шунт

Делаем шунт, с которого будем снимать напряжение. Смысл шунта в том, что падение напряжения на нём, говорит ШИМ-у о том, как нагружен по току — выход БП. Например сопротивление шунта у нас получилось 0,05 (Ом), если измерить напряжение на шунте в момент прохождения 10 А то напряжение на нём будет:

   U=I*R = 10*0,05 = 0,5 (Вольт)

Про манганиновый шунт писать не буду, поскольку его не покупал и у меня его нет, использовал две дорожки на самой плате, замыкаем дорожки на плате как на фото, для получения шунта. Понятное дело, что лучше использовать манганиновый, но и так работает более чем нормально.

Как протравить плату

Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.

Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа – плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.

Печатная плата для сборки

Печатная плата лабораторного БП от Electronics-lab

Плата разделена на 2 части, чтобы собрать всё как модуль на радиаторе. Использовались транзисторы BD249. Поскольку они хуже отводят тепло к радиатору, поставили 2 шт. Если ток блока питания будет увеличен до 5 А, стоит подумать о дальнейшем увеличении количества транзисторов, чтобы уменьшить мощность рассеиваемую на них.

Плата лабораторного БП — вид деталей

Что касается регулирования ограничения тока, для охвата диапазона до 5 А необходимо изменить значение резистора R18. Используя потенциометры со значениями, такими как перечисленные в списке компонентов, для 5 А резистор R18 должен быть заменен на значение около 33 кОм. На это может влиять разброс параметров стабилитрона который задает напряжение на выходе U1. Конечно следует использовать и более мощный трансформатор.

Печатные платы должны быть соединены с помощью двухрядных угловых штырьков. Большая плата имеет все элементы на исходной, кроме 4-х выпрямительных диодов (D1-D4). Тут использовался мостовой выпрямитель прикрученный к радиатору. На плате имеются только монтажные отверстия для соединения диодного моста с помощью проволочных секций.

Рисунок дорожек (сторона пайки) выполнен в черном цвете и может быть использован в качестве маски для повторения платы. Далее показано расположение элементов, а дорожки (вид через плату) изображены серым цветом. Элементы отмечены синим цветом и соответствующие описания находятся внутри или рядом с ними. Перемычки отмечены красным, а зеленые цифры рядом с контактными площадками соответствуют номерам на схеме и используются для подключения трансформатора, потенциометров, транзистора Q4 и выходных клемм источника питания. Меньшая плата предназначена для 2 транзисторов T1 и T2 BD249 (вместо оригинального транзистора Q4).

В описании этого источника питания трансформатор должен иметь напряжение 24 В, но есть некоторые сомнения по поводу этого напряжения. Схема также выдает -5 В для питания операционных усилителей. Выпрямленное напряжение от трансформатора даст нам около 36 В, а эти -5 В в сумме дадут более 40 В для операционных усилителей (U2 и U3). Параметры этих микросхем не предусматривают такое высокое напряжение, и даже если они сгорят — плохо когда радиоэлементы работают на пределе своих возможностей. Советуем использовать трансформатор с более низким напряжением — около 21 В, что означает максимальное выходное напряжение составит 28 В.

Также проведена замена моста выпрямителя и отказ от отдельных диодов, используемых в пользу 8A-200V KBU8D. Следующие изменения — это конденсатор C1 4400/100 В, резистор R1 на 5 Вт, дополнительные операционные усилители. Использовались LM318 и Q2 транзистор — KD503, для которого установлен охлаждающий вентилятор, что видно на фотографиях. Несмотря на использование пластикового корпуса, радиатор плюс вентилятор достаточны для хорошего отвода тепла. Если речь идет о вентиляторе, он включается в зависимости от температуры. Блок питания работает действительно отлично. Стоимость сборки не превышает 1000 рублей, из которых самый дорогой элемент — трансформатор.

Естественно блок питания имеет защиту и ограничение по току. Можно увеличить выходной ток до 5 А, необходимо лишь заменить несколько элементов (увеличить их мощность), дополнительно улучшить охлаждение на транзисторе или параллельно подключить несколько так, чтобы регулирование стало возможным до 5 А.

Если не хотите ставить кулер — ставьте переключение обмоток для снижения мощности на силовом транзисторе. При 5 В и 3 А например слишком большая мощность высвобождается транзистором в воздух, поэтому переключение обмоток спасает от перегрева.

Как выбрать трансформатор

Первый элемент – это преобразователь напряжения. Трансформатор способствует преобразованию переменного напряжения 220 Вольт в такое же по амплитуде, только со значением, намного меньше. По крайней мере, вам нужно меньшее значение. Для мощных блоков питания за основу можно взять трансформатор типа ТС-270. У него высокая мощность, даже имеются 4 обмотки, которые выдают по 6,3 Вольт каждая. Они использовались для питания накала радиоламп. Без особого труда из него можно сделать блок питания 12 Вольт 12 Ампер, который сможет даже АКБ автомобиля заряжать.

Но если вас полностью не устраивают его обмотки, то можно вторичные все убрать, оставить только сетевую. И провести намотку провода. Проблема в том, как посчитать необходимое количество витков. Для этого можно воспользоваться простой схемой вычисления – посчитайте, сколько витков содержит вторичная обмотка, которая выдает 6,3 Вольт. Теперь просто разделите 6,3 на число витков. И вы получите величину напряжения, которое можно снять с одного витка провода. Осталось только высчитать, сколько нужно намотать витков, чтобы на выходе получить 12,5-13 Вольт. Будет даже лучше, если на выходе окажется на 1-2 Вольт напряжение выше требуемого.

Как изготовить выпрямитель

Устройство, работающее на полупроводниковых диодах, называется выпрямителем, который является одним из важных элементов схемы блока питания. С помощью выпрямителя преобразовываются значения переменного тока, приближают к его постоянным показателям.

Не представляет никакого труда собрать своими руками блок питания на 12 вольт. Прежде всего следует усвоить, что конденсатор имеет два выхода: один из них положительный, другой отрицательный.

Как же понять, где находится какой? Если диод имеет положительное значение, то на нём есть специальная полоска, если нет полоски, то значит, диод имеет отрицательное значение. Диодокомпоненты соединяются последовательно:

Подобным образом проходит соединение 2-х других диодов (приспособление с минусом необходимо подключить к диоду с положительным значением). Соединение парных конструкций между собой, при этом необходимо попарно подсоединить диоды (отрицательный с отрицательным показателем, а положительный с положительным).

Важно проследить, чтобы подключение было правильным, иначе это приведёт к проблемам в работе механизма.

После создания диодного мостика с 4 соединительными точками:

двумя с плюс-минус схемой;
одной плюс-плюсовой;
одной минус-минусовой – можно приступать к сборке механизма

Важно при этом проверить качество контакта между диодными системами.

Устройство и принцип действия ЭТ

Электронный трансформатор

Конструктивно этот элемент схемы содержит в своем составе следующие узлы:

• мультивибратор – задающий генератор импульсов на мощных транзисторах;
• мост, собранный на высоковольтных катушках индуктивности;
• малогабаритный трансформатор напряжения 220 12.

Функцию генератора в схеме электронного трансформатора выполняет либо диодный тиристор, либо транзисторы, включенные по схеме коммутаторов мощных импульсов (их еще называют ключевыми). При работе этого электронного узла частота генерации задается с помощью переменного резистора и накопительной емкости (ее допускается регулировать в диапазоне от 30 до 35 кГц). Катушки индуктивности включены по частично мостовой схеме и намотаны на небольшом по размеру кольцевом сердечнике.

В этом модуле предусмотрена петля обратной связи, позволяющая повысить стабильность работы задающего генератора.

В составе схемы применены высоковольтные биполярные транзисторы (обычно – типа MGE 13001-13009). Конкретная марка выбирается в зависимости от мощности электронного трансформатора, основное назначение которого – понижать уровень выходного сигнала до заданной величины в 12 (24) Вольта. Его основное достоинство – небольшие габариты и малый вес, что позволяет снизить соответствующие параметры всего устройства.

Варианты БП для самостоятельного монтажа

Блок питание выбирается исходя из того, какие схемы предполагается им запитывать. Если это устройства с низким потреблением тока, то и БП не обязательно делать мощный: вполне можно обойтись источником с током на 5 ампер. Рассмотрим несколько вариантов схем, а также как собирать самодельные блоки питания.

Простой БП 0-30 В

Одна из несложных схем источника питания с регулировкой выходного напряжения приводится на схеме.

Устройство выполнено всего на трех транзисторах и отличается высокой точностью напряжения на выходе благодаря использованию компенсационной стабилизации, а также применением недорогих элементов.

Изделие собирается на печатной плате и после монтажа практически сразу начинает функционировать. Главное, подобрать стабилитрон, который должен соответствовать максимальному напряжению на выходе.

Для корпуса подойдет любой пластиковый или металлический короб, который окажется под рукой, например, от компьютерного БП.

В такой корпус без проблем поместится трансформатор на 100 Вт и печатная плата. Имеющийся вентилятор можно оставить, подключив в разрыв его питания сопротивление для снижения оборотов.

Для измерения потребляемого нагрузкой тока, задействуем стрелочный амперметр, устанавливая его на переднюю панель из пластиковой коробки.

Вольтметр можно использовать цифровой.

Завершив монтаж, проверяем выходное напряжение, изменяя положение переменного резистора.

Минимальное значение должно быть около нуля, максимальное – 30 В. Подсоединив нагрузку около 0,5 А, проверяем просадку напряжения на выходе – она должна быть минимальной.

Мощный импульсный БП

Рассмотрим схему блока питания с регулировкой по току и напряжению. Такие устройства иногда еще называют лабораторными, поскольку они подходят не только для запитки электронных схем, но и для заряди АКБ.

Этот БП обеспечивает регулировку напряжения в диапазоне 0-30 В и тока 0-10 А. Источник можно разделить на три части:

1. Внутренняя схема питания, состоящая из источника напряжения на 12 В и ток минимум 300 мА. Назначение этого источника – запитка схемы БП.

2. Блок управления. Выполнен на микросхеме TL494 с простым драйвером. Резистор R4 позволяет регулировать максимальный порог напряжения, R2 – ток.

3. Силовая часть. Большую часть схемы можно задействовать из старого компьютерного блока питания. Для намотки трансформатора управления подойдет ферритовое кольцо R16*10*4,5, на котором наматывают провод МГТФ 0.07 мм² в количестве 30 витков одновременно в 3 провода. L1 мотают на кольце от того же БП, удалив старую обмотку и намотав медный провод диаметром 2 мм и длиной 2 м. Для L2 подойдет дроссель на ферритовом стержне.

Для размещения элементом схемы изготавливают печатную плату.

Если сборка выполнена правильно, блок питания начинает работать сразу. Чтобы была возможность управлять вентилятором по температуре, можно собрать простую схему на lm317.

На Ардуино

Радиолюбители с опытом иногда собирают блоки питания под управлением Ардуино. Таким образом удается создать контролируемый источник питания с такими режимами: может «отдыхать», функционировать в режиме экономии либо работать на ток в 10 А и разное выходное напряжение, если это требуется.

«Умный» блок питания представлен на схеме.

Для запитки микропроцессора ATmega задействуется импульсный стабилизатор. Благодаря наличию постоянного и стабилизированного напряжения 5 В блок питания можно оснастить разъемом USB, что позволит подзаряжать какие-либо устройства.

Печатную плату можно сделать по образцу.

Внешний вид устройства и внутреннее расположение компонентов представлено на фото.

Блок питания от 0 до 30 В на 10 ампер можно собрать своими руками по любой из представленных схем, а как именно сделать такое устройство, пошагово рассмотрено в инструкциях с фото-примерами. Для сборки простого источника питания потребуются начальные значения в области радиоэлектроники, умение обращаться с паяльником и минимальный перечень радиокомпонентов.

Как произвести расчет трансформатора

Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра – напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.

Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.

Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать падение напряжения (достаточно увеличить на 10%).

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

• большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
• низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
• наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
• относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

• плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
• высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

• высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
• радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

• стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
• большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов